BRPI0902158B1

BRPI0902158B1 - Separador de partículas e método para a separação de partículas de um fluxo de gás de escape de um motor de combustão interna

Info

Publication number: BRPI0902158B1
Application number: BRPI0902158-2A
Authority: BR
Inventors: Andreas Döring
Original assignee: Man Truck & Bus Ag
Priority date: 2008-06-21
Filing date: 2009-06-19
Publication date: 2019-04-30
Also published as: BRPI0902158A2; US20090317314A1; DE502009000027D1; DE102008029521A1; CN101608564B; RU2009123450A; US7850934B2; EP2136044B1; EP2136044A1; CN101608564A; RU2431750C2

Abstract

separador de partículas e método para a separação de partículas de um fluxo de gas de escape de um motor de combustão interna. a presente invenção refere-se a um separador de partículas assim como a um método para a separação de partículas a partir de um fluxo de gás de escape de um motor de combustão interna, sendo que pelo separador de partículas (1) pode circular um fluxo de gás de escape (2,7), pelo menos em seções. de acordo com a invenção, são formadas no separador de partículas (1) diferentes seções de circulação (5,6) com relação às condições de circulação, de forma que nas diferentes seções de circulação (5,6) possam ser separadas do fluxo de gás de escape (2,7) basicamente partículas (3,4) de diferente, definida ordem de grandeza e/ou de diferente, definida massa.

Description

SEPARADOR DE PARTÍCULAS E MÉTODO PARA A SEPARAÇÃO DE PARTÍCULAS DE UM FLUXO DE GÁS DE ESCAPE DE UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA [0001] A invenção refere-se a um separador de partículas para a separação de partículas de um fluxo de gás de escape de um motor de combustão interna, de acordo com o conceito geral da reivindicação 1, assim como a um método para a separação de partículas de um fluxo de gás de escape de um motor de combustão interna, de acordo com o conceito geral da reivindicação 35.

[0002] No caso da combustão em motor diesel, como também no caso da injeção direta em motores Otto, ocorre uma emissão de partículas, que, entre outras coisas, que surgem através da combustão incompleta do combustível e são compostas de preferência de carbono de superfície elevada. Para queimar esse carbono de superfície elevada, a publicação GB 895,990 A propõe queimar esse carbono com NO₂ como agente de oxidação ao invés de oxigênio.

[0003] Além disso, é conhecido a partir da publicação US 4,902,487 separar partículas de carbono em um filtro e em seguida oxidar através de NO₂. Para produzir o NO₂, o NO presente no fluxo de gás de escape do motor de combustão interna, pode ser oxidado em um catalisador contendo platina, formando então o NO2. A porcentagem do NO2 na razão para o NOx total, neste caso, é nitidamente aumentada, sendo que essa ou menos 180° C. A combustão contrapartida, inicia sob Uma oxidação de partículas se realiza. Neste caso, é sólida para obter um tempo reação inicia a partir de mais das partículas por NO2, em temperaturas a partir de 250° C. na fase gasosa praticamente não necessário uma adição em matéria

Petição 870180140900, de 15/10/2018, pág. 7/50

2/20 de permanência suficiente o que normalmente é realizado mediante utilização de um filtro de partículas.

[0004] Uma desvantagem essencial de um controle de processo desse tipo, porém, reside na alta contra-pressão de gás de escape, que é provocada pelo filtro. Essa desvantagem se torna patente pelo elevado consumo de combustível. Além disso, durante a operação se depositam no filtro também componente não combustíveis, como por exemplo cinzas de óleo lubrificante. Desse modo, a contrapressão de gás de escape vai aumentando cada vez mais, de forma que o filtro precisa ser regularmente e frequentemente trocado para evitar um consumo de combustível ainda maior assim como, se necessário, para evitar uma danificação do motor de combustão interna. Além disso, em caso de uma oxidação insuficiente, pode ocorrer um acúmulo cada vez maior de fuligem, acabando por produzir o entupimento do filtro.

[0005] Para evitar essas desvantagens, já é conhecido a partir da publicação EP 1 072 765 B1 utilizar um separador de partículas sem filtro, no qual o fluxo de gás de escape é conduzido ao longo de uma superfície estruturada, assim como desviado de forma que as partículas possam se separar por termoforese, convecção ou difusão do fluxo de gás de escape. No caso da separação de partículas termoforética, as superfícies do separador de partículas são resfriadas de forma que as superfícies sejam nitidamente mais frias do que o fluxo de gás. Desse modo, as partículas se separam na superfície e são oxidadas ali cataliticamente com o NO2 gerado em um catalisador de oxidação. No caso de um separador de partículas dimensionado de acordo com o princípio de convecção, este apresenta estruturas de superfície de tal

Petição 870180140900, de 15/10/2018, pág. 8/50

3/20 forma que as partículas são forçadas constantemente a contatos de superfície e se separam então nessas estruturas de superfície e ali, finalmente, podem ser oxidadas finalmente também cataliticamente com ajuda do NO2. Separadores de partículas dimensionados de acordo com o princípio de difusão, são dimensionados com as chamadas zonas mortas de circulação, por exemplo, a sotavento de chapas de guia. Nessas zonas mortas de circulação, a velocidade de circulação tende a zero, de forma que o fluxo de gás de escape, neste caso, apresenta um tempo de permanência relativamente longo, de forma que partículas vindas do fluxo de gás de escape possam se difundir nas zonas mortas de circulação para compensar as diferenças de concentração dominantes alo no local.

Porém, neste caso, é desvantajoso que a separação das partículas piore pela difusão com diâmetro de partícula crescente, de forma que partículas maiores praticamente não possam ser separadas ou são muito dificilmente separadas. Como a massa de partículas, supondose partículas de formato esférico, aumenta de acordo com M_partículas = 1/6 x d³ x π x p, com a terceira potência do diâmetro de partícula d, obtém-se com esses separadores apenas uma diminuição relativamente pequena da massa de partículas, ou seja, basicamente são separadas apenas partículas mais finas, o que significa, que como sempre permanece uma grande massa de partículas residuais no fluxo de gás de escape, que corresponde à massa maior de partículas.

[0006] Correspondentemente, é tarefa da presente invenção, disponibilizar um separador de partículas assim como um método para a separação de partículas a partir de um fluxo de

Petição 870180140900, de 15/10/2018, pág. 9/50

4/20 gás de escape de um motor de combustão interna, por meio do qual partículas de todas as ordens de grandeza, ou seja, especialmente partículas mais finas e partículas grossas maiores e/ou mais pesadas, possam ser facilmente separadas com segurança do fluxo de gás de escape.

[0007] Essa tarefa é solucionada, com relação ao separador de partículas, através das características da reivindicação 1. Com relação ao método essa tarefa é solucionada através das características da reivindicação 35. Arranjos vantajosos, neste caso, são objeto das reivindicações dependentes que a ela se reportam.

[0008] De	acordo com	a	invenção,	no	separador	de
partículas,	com relação	às	condições	de	circulação	são
formadas diferentes áreas	de	circulação,	na	verdade, de	tal

forma que nas diferentes áreas de circulação possam ser separadas basicamente partículas de diferentes tamanhos definidos e/ou massa, do fluxo de gás de escape. Neste caso, são formadas especialmente preferivelmente no separador de partículas, diferentes áreas de circulação, especialmente separadas espacialmente entre si, a fim de obter uma separação, basicamente separada, de partículas finas, por um lado, de tamanho pré-determinado, através especialmente de difusão, e por outro lado, de partículas grossas maiores e/ou mais pesadas, em contrapartida definidas ou pré-determinadas, com base em sua inércia de massa. As diferentes áreas de circulação podem se diferenciar, de modo especialmente preferível, com relação à velocidade de circulação e/ou ao tempo de permanência do fluxo de gás de escape nas áreas de circulação.

[0009] A idéia básica, de acordo com a invenção, reside,

Petição 870180140900, de 15/10/2018, pág. 10/50

5/20 portanto, no fato de acoplar uma separação de partículas através de difusão com uma separação de partículas com base na inércia da massa de determinadas partículas. Para tanto, o fluxo de gás de escape é preferivelmente constantemente desviado, de forma que, por exemplo, sejam geradas zonas de circulação e/ou turbulências, que garantam a separação das partículas finas por meio de difusão. Além disso, em outras áreas preferivelmente espacialmente separadas, a velocidade de circulação do fluxo de gás de escape é aumentada, e esse fluxo de gás de escape é em seguida, preferivelmente, desviado de forma abrupta, de forma que as partículas mais pesadas, devido à sua inércia de massa mais elevada, não possam mais seguir o fluxo de gás de escape na área do desvio e continuem basicamente voando em frente. À jusante desse desvio, são colocados preferivelmente dispositivos para capturar as partículas, especialmente capacidade de armazenagem do tipo furo cego, formador de um volume de compartimento morto ou equipamentos coletores de partículas e/ou equipamentos armazenadores de partículas, os quais a seguir serão mais detalhadamente abordados.

[0010] Para que o separador de partículas possa formar essas diferentes áreas de circulação, este apresenta meios, por meio dos quais, o fluxo de circulação poder ser acelerado no separador de partículas e/ou retardado e/ou desviado. Para tanto, existem diferentes possibilidades. Particularmente fácil e vantajosa é a possibilidade de formar as diferentes áreas de circulação através, por exemplo, de seções transversais de circulação livres de diferentes tamanhos. As diferentes áreas de circulação podem, neste caso, ser dispostas, visto na direção de circulação do fluxo de gás de

Petição 870180140900, de 15/10/2018, pág. 11/50

6/20 escape, uma atrás da outra e/ou uma ao lado da outra e/ou uma sobreposta à outra, dependendo da estrutura concreta dos separadores de partículas. Neste caso, é especialmente fundamental, particularmente em combinação com aquelas áreas de circulação, que apresentam uma elevada velocidade de circulação do fluxo de gás de escape, que além disso sejam previstos meios, por meio dos quais o fluxo de gás de escape possa ser repetidamente desviado no separador de partículas e/ou dividido em fluxos parciais de gás de escape, para assim assegurar de modo simples com alta garantia de funcionamento, que as partículas grossas possam ser separadas do fluxo de gás de escape, no modo anteriormente mencionado, através de sua inércia de massa. O separador de partícula apresenta especialmente preferivelmente uma pluralidade de canais de circulação, sendo que pelo menos uma parte dos canais de circulação apresenta orifícios de passagem, através dos quais pelo menos uma parte dos canais de passagem está ligada à circulação. Com uma construção formadora especialmente de uma estrutura alveolar, é possível representar desvios de modo especialmente fácil.

[0011] As diferentes áreas de circulação, neste caso, podem ser dispostas de tal forma que pelo menos um fluxo parcial de gás de escape do fluxo de gás de escape que passa pela primeira área de circulação com velocidade de circulação definida e/ou tempo de permanência definido, entre em uma segunda área de circulação diferente em relação a velocidade de circulação e/ou tempo de permanência do fluxo de gás de escape no tocante à primeira área de circulação. A conceitualidade “primeira e “segunda em combinação com as áreas de circulação, não significa neste caso, expressamente

Petição 870180140900, de 15/10/2018, pág. 12/50

7/20 qualquer restrição quanto a dois tipos meramente diferentes de áreas de circulação, ainda que essa seja a forma de concretização preferida.

Neste caso, ela é utilizada meramente por motivos de uma dimensão panorâmica visando uma melhor diferenciação de diferentes áreas de circulação.

Naturalmente é possível prever também mais do que duas diferentes áreas de circulação ou diferentes grupos de áreas de circulação iguais.

Com um sobrefluxo desse tipo em diferentes áreas de circulação, pode-se assegurar, por exemplo, em combinação com uma área de circulação de alta velocidade, na qual o fluxo de gás de escape circula com uma elevada velocidade pré-determinada, através do desvio ou do sobrefluxo em uma área de circulação formadora ou que apresenta, por outro lado, uma velocidade de circulação mais baixa, que partículas grossas sejam separadas do fluxo de gás de escape, devido à sua inércia de massa, primeiramente com base na elevada velocidade e depois com base no desvio abrupto na área de circulação adjacentes, enquanto em seguida na área de circulação em contrapartida “mais lenta, pode ser feita uma separação de partículas finas através de difusão.

Uma estrutura desse tipo é especialmente preferida, conforme anteriormente já sugerido, quando vários, preferivelmente, dois grupos de diferentes áreas de circulação são formados, sendo que as áreas de circulação de cada grupo são formadas basicamente de forma idêntica. Uma estrutura desse tipo é em termos técnicos de fabricação simples de ser executada.

Resultados de separação especialmente bons podem ser obtidos com um arranjo concreto, no qual as diferentes áreas de circulação adjacentes, ficam dispostas desalinhadas entre si, visto na direção de circulação, pelo menos por

Petição 870180140900, de 15/10/2018, pág. 13/50

8/20 segmentos, de forma que um orifício de fluxo de saída de uma primeira área de circulação forme um orifício de fluxo de entrada de uma segunda área de circulação diferente em relação à primeira área de circulação. Através de um arranjo desse tipo, torna-se possível ao mesmo tempo uma estrutura mais compacta e otimizada de um separador de partículas, através do qual o fluxo de gás de escape pode ser acelerado, retardado e desviado de maneira anteriormente mencionada, assegurando o funcionamento.

[0013] É vantajoso para uma separação efetiva e ideal das partículas individuais, que seja atribuído a cada uma das diferentes áreas de circulação, um dispositivo coletor de partículas e/ou armazenador de partículas, sendo que este é formado particularmente por um volume de compartimento morto do tipo furo cego, especialmente por um segmento de canal de circulação do tipo furo cego com uma parede de fundo de choque alinhada basicamente no sentido perpendicular em relação ao fluxo de gás de escape. O dispositivo coletor de partículas e/ou armazenador de partículas pode, neste caso, ser disposto, visto na direção de circulação do fluxo de gás de escape, antes de um orifício de fluxo de entrada e/ou após um orifício de fluxo de saída da respectiva área de circulação.

[0014] A oxidação das partículas separadas, contendo carbono, pode ser feita ou acelerada pelo aumento da temperatura de gás de escape e/ou com ajuda de NO2, formado em um catalisador para a oxidação de NO.

[0015] Nos dispositivos coletor de partículas e/ou armazenadores de partículas acima descritos, é possível armazenar uma grande quantidade de partículas, especialmente

Petição 870180140900, de 15/10/2018, pág. 14/50

9/20 de fuligem. Dependendo das condições, particularmente em conexão com dispositivos coletores de partículas e/ou armazenadores de partículas do tipo furo cego, pode ocorrer que o NO2, necessário para a oxidação, pode penetrar apenas através do processo relativamente lento da difusão, nos dispositivos coletores de partículas e/ou armazenadores de partículas. Isso pode fazer com que a oxidação de partículas nos furos cegos, por exemplo, na qualidade de dispositivos coletores de partículas e/ou armazenadores de partículas dispositivos coletores de partículas, seja relativamente ruim devido a falta local de NO2, condicionada pela condução muito lenta de dióxido de nitrogênio. Por essa razão, é adequado conduzir uma pequena parte do fluxo contendo NO2 na forma de um bypass através do furo cego, por exemplo, aqui na qualidade de dispositivo coletor de partículas e/ou dispositivo armazenador de partículas. Neste caso, deve-se porém observar atentamente para que a velocidade de circulação não seja tão alta, para assim impedir uma evacuação das partículas capturadas. O fluxo de desvio pode ser executado mediante perfuração da área lateral do dispositivo coletor de partículas e/ou armazenador de partículas e/ou mediante utilização de um material poroso. Particularmente em combinação com a perfuração do dispositivo coletor de partícula e/ou armazenador de partículas mostrouse vantajoso deixar ser arrastado para fora da área de circulação não mais do que 30% do fluxo de gás de escape de uma área respectiva de circulação através do dispositivo coletor de partículas e/ou armazenador de partículas, a fim de impedir um redemoinho das partículas ali separadas.

[0016] De acordo com um outro arranjo especialmente

Petição 870180140900, de 15/10/2018, pág. 15/50

10/20 preferido da invenção, é previsto que o separador de partículas, pelo menos em áreas parciais cataliticamente ativas, seja revestido particularmente por um revestimento cataliticamente ativo.

[0017] Uma estrutura especialmente favorável em termos de custos do separador de partículas, é obtida quando este é projetado como separador de placa feito de uma pluralidade de placas conectadas entre si em camadas sobrepostas, que formam um bloco de placas. As diferentes áreas de circulação e/ou as áreas de desvio e/ou as áreas de separação e/ou as áreas coletoras e/ou as áreas de armazenagem e/ou os orifícios de passagem, neste caso, podem ser formados, do ponto de vista bem geral e de maneira simples, por deformações de material e/ou moldagem de material e/ou estampagens em relevo de material e/ou rebaixos de material em áreas pré-determinadas de pelo menos uma parte das placas do separador de um bloco de placas. Neste caso,é vantajoso que pelo menos uma parte das placas de um bloco de placas seja projetada basicamente idêntica, o que porém não é forçosamente necessário. As placas do separador individuais são formadas especialmente preferivelmente por lâminas e/ou esteiras de espessuras de parede pré-determinadas. Lâminas e/ou esteiras desse tipo podem ser muito facilmente moldadas, por exemplo, de modo que pelo menos uma das lâminas seja ondulada, sendo que o conceito de ondulação, neste caso, deve ser entendido num sentido amplo, e particularmente também compreende moldagens dobradas no formato de sanfona ou similares. Com lâminas por exemplo onduladas desse tipo como placas do separador é possível formar, de maneira simples, a quantidade correspondentemente desejada assim como a geometria de canais

Petição 870180140900, de 15/10/2018, pág. 16/50

11/20 de circulação do separador de partículas em combinação com outras placas de separador projetadas por exemplo como lâminas. Através de estreitamentos ou depressões, amplitudes onduladas iguais ou diferentes (extensão vertical) e/ou frequências de ondas diferentes ou iguais (quantidade de ondas) é possível alterar d modo relativamente fácil a seção transversal de circulação livre e, consequentemente, a velocidade de circulação ou obter um desvio ou separar áreas individuais completamente da circulação, a fim de, por exemplo, criar zonas mortas desejadas. Neste caso, visto na direção de circulação, estreitamentos sucessivos podem estreitar o perfil ondulado, alternadamente, uma vez pelo lado superior e uma vez pelo lado inferior. Além disso, os estreitamentos com relação a diferentes planos de placas podem ser dispostos de forma desalinhada entre si, por exemplo, de forma que os estreitamentos com relação a planos de placas adjacentes fiquem desalinhados entre si pela metade da distância entre os estreitamentos.

[0018] Além disso, placas de separador, desse tipo, formadas, por exemplo, por lâminas e/ou esteiras com estabilidade dimensional, podem ser facilmente perfuradas, tornando possível uma passagem para canais de circulação adjacentes.

[0019] Mostrou-se particularmente vantajoso, dispor alternadamente, por exemplo, lâminas como placas de separador de diferentes amplitudes e/ou frequência da ondulação ou dobra, de forma que surjam áreas de diferentes seções transversais de circulação, portanto, de diferentes densidades celulares, e consequentemente, de diferentes velocidades de circulação. Se as lâminas formarem, por

Petição 870180140900, de 15/10/2018, pág. 17/50

12/20 exemplo, canais paralelos de circulação, então uma camada lisa deve ser prevista como camada intermediária para impedir um deslize das lâminas onduladas, uma dentro da outra.

[0020] Naturalmente, também é possível alterar a amplitude e/ou frequência da ondulação ou dobra ao longo de uma placa de separador, por exemplo, de uma lâmina.

As placas de separador, podem, por exemplo, ser feitas de um material cerâmico e/ou metálico e/ou contendo silício e/ou contendo carbeto de silício e/ou contendo quartzo e/ou do tipo fibra.

As placas de separador, neste caso, podem apresentar pelo menos em áreas parciais, uma estrutura de superfície com rugosidade ou rugosidade de superfície definida, ou seja, pré-determinada, por exemplo, do processamento mecânico seguir mais detalhadamente descrito. A passagem nas áreas individuais, particularmente orifício de passagem para as preferivelmente diferentes áreas de circulação, adjacentes, pode, neste caso, ser feita por perfuração e/ou abertura de ranhura das lâminas e/ou esteiras, por exemplo, como placas de separador.

inércia é descrito,

A separação das concretizada de de acordo com partículas por modo simples a invenção, de difusão e força de acordo com o método com o separador de partículas descrito. A oxidação das partículas separadas, contendo carbono, conforme já descrito, pode ser feita ou acelerada pelo aumento da temperatura de gás de escape e/ou com ajuda de NO2, formado em um catalisador para a oxidação de NO. Devido às temperaturas de gás de escape alternantes ou periodicamente muito baixas, assim como às emissões brutas de

NOx, no caso de motores de combustão interna operados de modo

Petição 870180140900, de 15/10/2018, pág. 18/50

13/20 não estacionário, muitas vezes não está disponível NO₂suficiente para oxidar a fuligem separada. Isso significa que o separador precisa armazenar por um tempo até um momento mais tarde que esteja disponível NO₂ suficiente para a oxidação da fuligem separada. Isso pode ser feito, por exemplo, de modo que a aderência das partículas na superfície do separador de partículas ou das placas de separador seja melhorada. Neste caso, devem ser empregadas superfícies com elevadas rugosidades. No caso de lâminas metálicas isso significa que elas devem ser encrespadas por exemplo através de usinagem mecânica. Isso pode, por exemplo ocorrer por escovação, esmerilhamento, raspagem, radiação (p.exemplo limpeza por jato de areia), irradiação corona, estampagem ou costura. Também é possível um tratamento químico, como cauterização, galvanização ou anodização. Além disso a liga da lâmina por exemplo como placa do separador pode ser ajustada de forma que sua estrutura de superfície se modifique sob aplicação de calor e/ou mediante variação do valor do pH. Um exemplo neste caso é a junção de quantidades maiores de alumínio. Este se desloca sob elevadas temperaturas para a superfície e forma ali um cluster de alumínio.

[0023] É especialmente vantajoso dispor em combinação com uma forma de concretização concreta, pelo menos um separador de partículas com pelo menos um dispositivo catalisador em um silenciador de uma instalação de gás de escape.

[0024] A invenção é a seguir esclarecida por meio de um desenho, onde:

[0025] A figura 1 mostra uma vista de cima esquemática sobre uma seção parcial de um separador de partículas, de

Petição 870180140900, de 15/10/2018, pág. 19/50

14/20 acordo com a invenção, com dois grupos aqui a título de exemplo de diferentes áreas de circulação, e [0026] A figura 2 mostra esquematicamente uma seção transversal através de um separador de partículas, de acordo com a invenção, dos dois comprimentos de onda, a título de exemplo, sobrepostos com diferentes amplitudes, ou seja, altura de onda, porém de mesma frequência, sendo que entre as duas camadas corrugadas está prevista ma camada lisa, [0027] A figura 3 mostra esquematicamente uma ilustração de acordo com a figura 2, porém com referência a um outro plano de corte que mostra depressões , e [0028] A figura 4 mostra esquematicamente um corte em perspectiva de um separador de partículas, de acordo com a invenção.

[0029] A figura 1 mostra esquematicamente um corte paralelo através de pelo menos uma seção parcial de uma primeira forma de concretização de um separador de partículas 1, de acordo com a invenção, e, consequentemente, uma vista de cima sobre uma seção parcial determinada do separador de partículas 1, a partir do qual a circulação do fluxo de gás de escape 2 aparece ilustrado, por princípio, em conexão com a separação de partículas finas 3 e partículas grossas 4.

[0030] Para a formação com relação às condições de circulação, especialmente com relação à velocidade de circulação e ao tempo de retenção do fluxo de gás de escape de diferentes seções do separador, o separador de partículas 1 apresenta, neste caso, por exemplo dois grupos de diferentes seções de circulação, que aqui são projetadas basicamente de forma idêntica como seções de circulação de alta velocidade 5 e seções de circulação de baixa velocidade

Petição 870180140900, de 15/10/2018, pág. 20/50

15/20 dentro de cada um dos dois grupos.

[0031] As seções de circulação de alta velocidade 5 apresentam perante as seções de circulação de baixa velocidade 6 uma seção transversal de circulação livre, bem menores, menores por exemplo em pelo menos o fator 2, de forma que o respectivo fluxo parcial de gás de escape apresenta nas seções de circulação de alta velocidade uma velocidade de circulação maior do que nas seções de circulação de baixa velocidade.

[0032] Tanto as seções 5 de circulação de alta velocidade como as seções de circulação de baixa velocidade 6, são neste caso, projetadas na forma de câmaras de circulação fechadas no lado frontal vista na direção de circulação x, sendo que, visto na direção de circulação x, estão dispostas diversas seções de circulação de baixa velocidade de desse tipo e seções de circulação de alta velocidade 5 diretamente em sequência consecutiva. A direção de circulação x corresponde neste caso á direção de circulação principal de todo o fluxo de gás de escape através do separador de partículas.

[0033] Conforme podemos verificar na figura 1, as seções de circulação de alta velocidade 5 e seções de circulação de baixa velocidade 6 ficam dispostas transversalmente e relação à direção de circulação (direção transversal y) alternadamente e além disso deslinhadas entre si visto na direção de circulação x, de forma que fluxos parciais de gás de escape 7 de um segmento da seção de circulação 9 central a

posterior,	visto na	direção	de	circulação,	das seções	de
circulação	de baixa	velocidade	6 através de	orifícios	de
passagem	laterais 8,	visto	na	direção de	circulação	x,

circulam para dentro de um segmento 10 ' dianteiro a central

Petição 870180140900, de 15/10/2018, pág. 21/50

16/20 de seções 5 de circulação de alta velocidade adjacentes, visto na direção de circulação x. Correspondentemente, contrariamente, fluxos parciais de gás de escape 7 vindos de um segmento 9'das seções de circulação de alta velocidade, central a posterior, devido a essa disposição em zigue-zague das seções de circulação de alta velocidade 5 em relação às seções 6 de circulação de baixa velocidade, circulam para dentro de um segmento 10 dianteiro a central das seções de circulação de baixa velocidade 6 através de orifícios de passagem correspondentes 8. Correspondentemente, os orifícios de passagem 8 posteriores, visto na direção de circulação x, formam respectivamente os orifícios de fluxo de saída dos fluxos parciais de gás de escape 7, enquanto os orifícios de passagem 8 dianteiros, visto na direção de circulação x, da respectiva seção 5,6 de circulação formam os orifícios de fluxo de entrada. Neste caso, os orifícios de circulação dianteiros da seção 6 de circulação de baixa velocidade, por exemplo, podem se diferenciar dos orifícios posteriores de circulação da seção 6 de circulação de baixa velocidade quanto à sua forma e/ou tamanho de forma que no caso do arranjo ilustrado na figura 1 os orifícios de circulação dianteiros e posteriores da seção 5 de circulação de alta velocidade se diferenciam também, correspondentemente, quanto à sua forma e/ou tamanho. Por exemplo, os orifícios de circulação podem variar também ao longo da direção de circulação (x) quanto a forma e/ou tamanho sendo que as características do separador ao longo da circulação e, portanto, entre a entrada e a saída do separador podem ser alteradas.

[0034] Conforme podemos verificar na figura 1, visto na

Petição 870180140900, de 15/10/2018, pág. 22/50

17/20 direção de circulação x, antes ou depois dos orifícios de circulação 8, ou seja, na seção no lado frontal das seções 5, 6 de circulação formadas respectivamente de forma semelhante a uma câmara, os assim chamados furos cegos 11 e 11 ' como equipamentos coletores de partículas e armazenador de partículas, que dispõem de um tipo de volume de compartimento morto. O modo de funcionamento do separador de partículas 1, de acordo com a invenção,é mais detalhadamente esclarecido por meio da figura 1. Devido à seção transversal de circulação livre, relativamente ampla, nas seções de circulação de baixa velocidade 6, os fluxos parciais de gás de escape 7 são retardados de forma que o fluxo de gás de escape na seção 6 de circulação de baixa velocidade apresente uma velocidade de circulação bem baixa. O dimensionamento das seções de circulação de baixa velocidade 6 é feito neste caso de tal forma que a velocidade de circulação do fluxo de gás de escape seja baixa de tal maneira que partículas finas 3 de uma determinada ordem de grandeza, pré-estabelecida e/ou massa possam se difundir nos furos cegos 11 das seções de circulação de baixa velocidade 6, distante do fluxo de gás de escape, onde elas serão armazenadas provisoriamente. Essa difusão de partículas finas aparece assinalada na figura 1 pelo sinal de referência 12. As partículas mais pesadas e/ou maiores em relação às partículas finas 3, que neste caso são assinaladas como partículas grossas 4, em contrapartidas chegam até as seções 5 de circulação de alta velocidade junto com o fluxo de gás de escape ou neste caso, por exemplo, com os fluxos parciais de gás de escape 7, através dos orifícios de passagem correspondentes 8, onde os fluxos de gás de escape são novamente acelerados devido à seção transversal de

Petição 870180140900, de 15/10/2018, pág. 23/50

18/20 circulação livre reduzida. As seções transversais de circulação livres nessas seções 5 de circulação de alta velocidade são dimensionadas de tal forma que o fluxo de gás de escape nessas seções de circulação 5 de alta velocidade é acelerado para uma velocidade de circulação tal que o nítido desvio do fluxo de gás de, repentino e condicionado pela circulação de saída dos fluxos parciais de gás de escape 7 para fora dos orifícios de passagem laterais 8 das seções 5 de circulação de alta velocidade, siga para dentro das seções 6 de circulação de baixa velocidade contíguas, de forma que as partículas grossas 4 não mais permaneçam nos fluxos parciais de gás de escape devido à sua inércia, e conforme aparece ilustrado através do sinal de referência 14, prossegue em frente, sendo então capturadas pelos furos cegos 11 'das seções de circulação de alta velocidade onde as partículas grossas 4 serão provisoriamente armazenadas.

[0035] Conforme aparece ilustrado na metade esquerda da figura 1 de forma esquemática com os furos cegos 11'esquerdos, mais externos, das seções de circulação de alta velocidade 5 e com os furos cegos 11 das seções 6 de circulação de baixa velocidade, as paredes de impacto 15 e 15' formam o fundo dos furos cegos 11 e 11 podem ser projetadas perfuradas, sendo que a penetrabilidade de gás é ajustada preferivelmente por meio dessas perfurações 16 e 16'de forma que no máximo 30% do fluxo de gás de escape na respectiva seção de circulação possam circular através da parede de impacto para fora da respectiva seção de circulação. Alternativamente, as paredes de impacto 15, 15'ou também outras seções das respectivas seções de circulação 5,6 podem ser feitas de um material permeável ao gás, na verdade

Petição 870180140900, de 15/10/2018, pág. 24/50

19/20 pelo menos em seções parciais.

[0036] Conforme podemos verificar especialmente na figura 2, o separador de partículas 1 é projetado preferivelmente como separador de partículas feito de uma pluralidade de placas sobrepostas que formam um bloco de placas, que são conectadas entre si em camadas sobrepostas. Como ilustração é selecionada uma seção transversal através de bloco de placas, sendo que a direção de fluxo x resulta no plano de imagem. Os planos de imagem podem ser projetados como planares, mas também como curvados, especialmente se as placas forem enroladas formando um bloco de placas.

[0037] Uma primeira parte dessas placas do separador é formada neste caso por lâminas metálicas finas 17, que apresentam em sentido longitudinal à direção de circulação, um perfil ondulado 18 e portanto formam uma camada corrugada. [0038] Conforme consta na figura 2, além das lâminas metálicas 17 como placas de separador, que apresentam um perfil ondulado 18, também podem ser previstas as assim chamadas camadas lisas como outras placas do separador, que neste caso são formadas por uma lâmina metálica lisa 20 e que ficam dispostas alternadamente com relação ás lâminas metálicas 17 que apresentam um perfil corrugado 18. Por meio dessas lâminas metálicas lisas 20 é assegurado que as duas camadas corrugadas 21 e 22 diferentes com relação ao perfil corrugado 18, não podem escorregar uma na outra. Na camada lisa formada pela lâmina metálica lisa 20 também podem ser formados orifícios de passagem 23. Conforme consta na figura 2, as camadas corrugadas 21, 22 neste caso apresentam na verdade uma mesma frequência de onda, porém diferentes amplitudes de onda, ou seja, alturas de onda.

Petição 870180140900, de 15/10/2018, pág. 25/50

20/20 [0039] Para melhorar a aderência das partículas na superfície, todas as lâminas metálicas 17, 20 podem ser providas de uma rugosidade de superfície elevada e/ou serem revestidas de um revestimento cataliticamente ativo.

[0040] As lâminas metálicas 17 que apresentam um perfil corrugado 18 podem, além disso, visto na direção de circulação x, são providas de uma distância, por exemplo, de estreitamentos como depressões por meio das quais de modo simples podem ser formados volumes de compartimento morto anteriormente descritos e, consequentemente rupturas de circulação. Na figura 3 isso aparece ilustrado com auxílio de um outro plano de corte, que se situa mais a montante em comparação à figura 2:

neste caso uma parte dos canais superiores são fechados de depressões 19. A montante dessas depressões 19, a circulação precisa desviam para canais adjacentes através dos orifícios de passagem 23 descritos em conexão com a figura 2.

[0041] Na figura 4 é mostrado um corte esquemático de um separador, de acordo com a invenção, composto de duas camadas corrugadas 21, 22 com camadas lisas intercaladas, em perspectiva. Através de orifícios de passagem 23 dispostos nas camadas lisas 20 o fluxo de gás carregado com partículas é conduzido entre a camada corrugada 21 com baixa amplitude, ou seja, de elevada velocidade de circulação, e a camada corrugada com elevada amplitude, ou seja, de baixa velocidade de circulação. Isso é possível mediante fechamento recíproco dos canais, por exemplo através da depressão descrita das lâminas metálicas, que formam as camadas corrugadas 21, 22.

Petição 870180140900, de 15/10/2018, pág. 26/50

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Separador de partículas para a separação de partículas vindas de um fluxo de gás de escape de um motor de combustão interna, sendo que pelo separador de partículas (1) pode circular pelo menos por seções um fluxo de gás de escape (2, 7), pelo menos nas seções, através do no separador de partículas (1) com relação às condições de circulação serem formadas diferentes seções de circulação (5, 6), de forma que nas diferentes seções de circulação (5, 6) possam ser separadas do fluxo de gás de escape (2, 7) basicamente partículas (3, 4) de diferentes, definidas ordens de grandeza e/ou de diferente, definida massa, caracterizado pelo fato de serem formadas no separador de partículas (1) diferentes seções de circulação (5, 6), preferivelmente espacialmente separadas entre si para a separação basicamente distinta de partículas ultrafinas (3) definidas através basicamente de difusão e por outro lado, de partículas grossas (4) maiores e/ou mais pesadas, com base em seu momento de inércia da massa.
2. Separador de partículas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de as diferentes seções de circulação (5, 6) se diferenciarem com relação à velocidade de circulação e/ou em relação ao tempo de retenção do fluxo de gás de escape (2, 7) nas seções de circulação (5, 6).
3. Separador de partículas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de o separador de partículas (1) apresentar meios para a formação das diferentes seções de circulação (5, 6), através dos quais o fluxo de gás de escape (2, 7) é acelerado e/ou retardado no separador de partículas.

Petição 870190010854, de 01/02/2019, pág. 7/15

2/9
4. Separador de partículas, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de as diferentes seções de circulação (5, 6) serem formadas por seções transversais de circulação livres e de diferentes tamanhos.
5. Separador de partículas, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de as diferentes seções de circulação (5, 6), vistas na direção de circulação do fluxo de gás de escape (2), ficarem dispostas uma atrás da outra e/ou uma ao lado da outra e/ou sobrepostas entre si.
6. Separador de partículas, de acordo com qualquer uma das

reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de o separador de partículas (1) apresentar meios, através dos quais o fluxo de gás de escape (2, 7) no separador de partículas (1) é repetidamente desviado e/ou dividido em

fluxos parciais de gás de escape (7).
7. Separador de partículas, de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de o separador de partículas (1) apresentar uma pluralidade de canais de circulação, sendo que pelo menos uma parte dos canais de circulação especialmente com relação à seção transversal de abertura apresentar orifícios de passagem (8) alinhados em sentido transversal á direção de circulação, e/ou formados em uma seção de canal de circulação lateral, através dos quais pelo menos uma parte dos canais de circulação é conectada ao fluxo.
8. Separador de partículas, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de as diferentes seções de circulação (5, 6) serem dispostas de tal

Petição 870190010854, de 01/02/2019, pág. 8/15

3/9 forma que pelo menos um fluxo parcial de gás de escape (7) do fluxo de gás de escape que circula em uma primeira seção de circulação (5) com velocidade de circulação definida e/ou tempo de retenção definido, siga para dentro de uma segunda seção de circulação (6) diferente da primeira seção de circulação com relação à velocidade de circulação e/ou tempo de retenção do fluxo de gás de escape.
9. Separador de partículas, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de serem formados vários, preferivelmente, dois grupos de diferentes seções de circulação (5, 6), sendo que as seções de circulação (5, 6) de cada grupo são formadas basicamente idênticas.
10. Separador de partículas, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de as seções de circulação (5, 6) adjacentes, preferivelmente diferentes, vistas na direção de circulação, estarem dispostas desalinhas entre si pelo menos em alguns segmentos, de tal forma que um orifício de fluxo de saída de uma primeira seção de circulação (5) formar um orifício de fluxo de entrada de uma segunda seção de circulação(6) preferivelmente diferente em relação à primeira seção de circulação (5).
11. Separador de partículas, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, caracterizado pelo fato de ser atribuído a cada uma das diferentes seções de circulação (5,6) um dispositivo armazenador de partículas e/ou coletor de partículas (11, 11').
12. Separador de partículas, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de o dispositivo coletor de partículas e/ou armazenador de partículas (11, 11') ser formado por um volume de armazenagem ou volume de espaço

Petição 870190010854, de 01/02/2019, pág. 9/15

4/9 morto do tipo furo cego.
13. Separador de partículas, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de o dispositivo coletor de partículas e/ou armazenador de partículas (11, 11') ser formado por um segmento de canal de circulação do tipo furo cego com parede de fundo de choque (15, 15') alinhada basicamente em sentido perpendicular em relação ao fluxo de gás de escape.
14. Separador de partículas, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 11 a 13, caracterizado pelo fato de o dispositivo coletor de partículas e/ou armazenador de partículas (11, 11'), visto na direção de circulação do fluxo de gás de escape, ficar alojado antes de um orifício de fluxo de entrada da respectiva seção de circulação e/ou após um orifício de fluxo de saída da respectiva seção de circulação (5, 6).
15. Separador de partículas, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 11 a 14, caracterizado pelo fato de o dispositivo coletor de partículas e/ou armazenador de partículas (11, 11') ser formado de forma permeável ao gás em seções pré-determinadas, especialmente de serem perfuradas seções de parede pré-determinadas do dispositivo (11, 11') coletor de partículas e/ou armazenador de partículas e/ou feitas de um material permeável ao gás.
16. Separador de partículas, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de a permeabilidade ao gás ser ajustada de tal forma que uma quantidade pré-determinada, preferivelmente no máximo 30 % do fluxo de gás de escape de uma respectiva seção de circulação (5, 6) circular para fora da seção de circulação através do dispositivo coletor de

Petição 870190010854, de 01/02/2019, pág. 10/15

5/9 partículas e/ou armazenador de partículas (11, 11').
17. Separador de partículas, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 16, caracterizado pelo fato de o separador de partículas (1) ser cataliticamente ativo pelo menos em seções parciais, especialmente ser revestido com um revestimento catalítico.
18. Separador de partículas, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 17, caracterizado pelo fato de o separador de partículas (1) ser formado por uma pluralidade de placas separadoras (17, 20) conectadas entre si em camadas sobrepostas, que formam um bloco de placas.
19. Separador de partículas, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de as placas separadoras individuais (17, 20) serem formadas por lâminas e/ou esteiras de espessura de parede pré-determinada.
20. Separador de partículas, de acordo com a reivindicação 18 ou 19, caracterizado pelo fato de as placas separadoras (17, 20) serem feitas de um material metálico e/ou cerâmico e/ou contendo silício e/ou contendo carbeto de silício e/ou contendo quartzo e/ou do tipo fibroso.
21. Separador de partículas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 20, caracterizado pelo fato de as placas separadoras (17, 20) apresentarem pelo menos em seções parciais uma estrutura de superfície com rugosidade de ordem de grandeza pré-determinada.
22. Separador de partículas, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 21, caracterizado pelo fato de o separador de partículas (1), considerado na seção transversal, apresentar uma estrutura alveolar, sendo que os favos individuais representam respectivamente uma seção

Petição 870190010854, de 01/02/2019, pág. 11/15

6/9 transversal de circulação de um determinado segmento, visto na direção de circulação, de um canal de circulação.
23. Separador de partículas, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 18 a 22, caracterizado pelo fato de as diferentes seções de circulação (5, 6) e/ou as seções de desvio e/ou as seções de separação e/ou as seções coletoras e/ou as seções armazenadoras e/ou os orifícios de passagem serem formados por transformações de material e/ou deformações de material e/ou estampagem de material e/ou rebaixos de material em seções pré-determinadas de pelo menos uma parte das placas separadoras (17, 20) de um bloco de placas.
24. Separador de partículas, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 18 a 23, caracterizado pelo fato de pelo menos uma parte das placas separadoras (17, 20) de um bloco de placas ser projetada basicamente idêntica.
25. Separador de partículas, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 18 a 24, caracterizado pelo fato de o bloco de placas ser construído pelo menos parcialmente a partir de placas separadoras (17) que formam uma camada corrugada, e apresentam um perfil do tipo ondulado (18) basicamente em sentido transversal e/ou longitudinal com relação à direção de circulação.
26. Separador de partículas, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de a placa separadora (17), que formam uma camada corrugada, apresentar na direção de circulação depressões (19) distantes entre si, preferivelmente apresentando uma mesma distância entre si, e que correm basicamente em sentido transversal com relação à direção de circulação, e que interrompem o perfil ondulado

Petição 870190010854, de 01/02/2019, pág. 12/15

7/9 (18) e, consequentemente, o traçado longitudinal dos canais de circulação formados pelo perfil ondulado (18).
27. Separador de partículas, de acordo com a reivindicação 25 ou 26, caracterizado pelo fato de a placa separadora (17) que forma uma camada corrugada, apresentar na seção lateral antes e depois de cada depressão (19) pelo menos um orifício de passagem (8) para o fluxo de gás de escape.
28. Separador de partículas, de acordo com a reivindicação 26 ou 27, caracterizado pelo fato de, visto na direção de circulação, estreitamentos consecutivos (19) estreitarem o perfil ondulado (18) alternadamente uma vez por um lado superior e uma vez por um lado inferior.
29. Separador de partículas, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 25 a 28, caracterizado pelo fato de as diferentes seções de circulação (5, 6) serem formadas por diferentes amplitudes e/ou frequências do perfil ondulado (18) pelo menos de uma placa separadora (17) que forma uma camada corrugada.
30. Separador de partículas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 25 a 29, caracterizado pelo fato de as diferentes seções de circulação (5, 6) serem formadas por diferentes amplitudes e/ou frequências do perfil ondulado (18) de diferentes placas separadoras (17) que formam uma camada corrugada.
31. Separador de partículas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 25 a 30, caracterizado pelo fato de o bloco de placas apresentar placas separadoras (20) que formam uma camada lisa, que ficam dispostas preferivelmente alternadamente com placas separadoras (17) que apresentam um perfil ondulado (18) e formam uma camada corrugada.

Petição 870190010854, de 01/02/2019, pág. 13/15

8/9
32. Separador de partículas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 31, caracterizado pelo fato de os orifícios de passagem (8), especialmente ao longo da direção de circulação (x), serem formados diferentes pelo menos em parte com relação a sua forma e/ou tamanho.
33. Separador de partículas, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 32, caracterizado pelo fato de pelo menos um separador de partículas estar alojado juntamente com pelo menos um dispositivo catalisador em um silenciador de uma instalação de gás de escape.
34. Método para a separação de partículas de um fluxo de gás de escape de um motor de combustão interna, no qual um fluxo de gás de escape circula por um separador de partículas, especialmente um separador de partículas (1), conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 33, no separador de partículas (1) estarem formadas com relação às condições de circulação diferentes seções de circulação (5, 6), de forma que nas diferentes seções de circulação (5, 6) sejam separadas basicamente partículas (3, 4) de diferentes, definidas ordens de grandeza e/ou diferente, definida massa, caracterizado pelo fato de a velocidade de circulação e/ou o tempo de retenção de um fluxo de gás de escape ou de um fluxo parcial do fluxo de gás de escape ser pré-determinada em diferentes seções de circulação, de forma que em um primeiro grupo de seções de circulação (6) sejam separadas basicamente partículas finas (3) de diferente ordem de grandeza, especialmente por difusão, e em pelo menos um outro grupo de seções de circulação (5) sejam separadas basicamente partículas grossas (4) mais pesadas e/ou maiores em relação às partículas finas.

Petição 870190010854, de 01/02/2019, pág. 14/15

9/9
35. Método, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de um fluxo de gás de escape que apresenta em uma seção de circulação de alta velocidade (5) uma velocidade de circulação pré-determinada, ser desviado de forma que partículas grossas (4) de determinado tamanho e/ou peso não possam mais seguir o fluxo de gás de escape devido a sua inércia, e assim sejam separadas, especialmente que sejam capturadas em um dispositivo coletor de partículas e/ou armazenador de partículas (11), e de um fluxo de gás de escape ser retardado em uma seção de circulação (6) de baixa velocidade que apresenta uma baixa velocidade de circulação, de forma que sejam separadas partículas finas (3) menores e/ou mais leves em relação às partículas grossas, por meio de difusão a partir do fluxo de gás de escape.
36. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 34 ou 35, caracterizado pelo fato de as partículas contendo carbono, separadas no separador de partículas (1), serem oxidadas com auxílio de NO₂ formado em um catalisador para a oxidação de NO.
37. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 34 a 36, caracterizado pelo fato de as partículas contendo carbono, separadas no separador de partículas (1) serem oxidadas através do aumento da temperatura de gás de escape.